JP5946332B2 - 吸収式冷凍機の吸収器 - Google Patents

Description

本発明は、横側面に蒸発器に連なって冷媒蒸気を導入する導入路を備えた吸収器本体と、その吸収器本体内に設けられて吸収液を液滴状に散布する吸収液散布手段と、吸収液散布手段の下方に設けられて吸収液散布手段から散布される冷媒蒸気を吸収する冷媒吸収部とを備えた吸収式冷凍機の吸収器に関する。

この種のものとして、従来、吸収器を上段吸収器と下段吸収器とから構成し、上段吸収器の上側に上段吸収液散布管を設けるとともに、下段吸収器の上側に下段吸収液散布管を設け、上段吸収液散布管に吸収液供給管を接続し、吸収液供給管に吸収液分岐管を介して下段吸収液散布管を接続し、上段吸収液散布管から上段伝熱管の表面に吸収液を散布し、吸収器上部から散布する吸収液の一部、例えば、２０〜５０％を吸収液分岐管にバイパスさせて、吸収器中段以下の伝熱管上で、上部から流下する吸収液に混合して吸収器下部を流下する吸収液の濃度を下げ、かつ、管表面に吸収液が軸方向に広がるようにしたものがあった（特許文献１参照）。

特開２００４−２４５４４３号公報

上述従来例において、上段吸収液散布管および下段吸収液散布管それぞれから供給する吸収液の量を調整する必要があるが、そのための手段としては、流量調整弁を設けるとか、オリフィスを形成するなどしなければならない。
しかしながら、流量調整弁を備える場合、弁を付設するために高価になる不都合があった。一方、オリフィスを形成する場合、吸収液の供給源側での圧力変化の影響を受けて分配量が変動しやすい不都合があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、過冷却した吸収液を供給して冷媒を吸収させるタイプの吸収器を安価に構成できるようにし、かつ、良好に所定量の吸収液を複数個の冷媒吸収部それぞれに供給できるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、冷却流体を通す伝熱管の表面に形成させた薄膜状の吸収液に冷媒を吸収させるタイプの吸収器を安価に構成できるようにし、かつ、良好に所定量の吸収液を複数個の冷媒吸収部それぞれに供給できるようにすることを目的とし、請求項３に係る発明は、液溜めトレイ内の液深を調整できるようにすることを目的とし、請求項４に係る発明は、機体の傾き等に起因する吸収性能の変動を抑えることができるようにすることを目的とする。

請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
横側面に蒸発器に連なって冷媒蒸気を導入する導入路を備えた吸収器本体と、前記吸収器本体内に設けられて吸収液を液滴状に散布する吸収液散布手段と、前記吸収液散布手段の下方に設けられて前記吸収液散布手段から散布される冷媒蒸気を吸収する冷媒吸収部とを備えた吸収式冷凍機の吸収器であって、
前記吸収液散布手段を、吸収液を所定の液深で溜める液溜めトレイの底面に水平方向に分散して吸収液散布孔を設けて構成するとともに、前記冷媒吸収部を、前記液溜めトレイから散布されて冷媒蒸気を吸収した吸収液の液滴を受け留めるトレイを鉛直方向に複数個設け、前記トレイに、受け留めた吸収液を分散して液滴状に散布する吸収液散布孔を水平方向に分散して形成して構成し、
前記液溜めトレイに供給する吸収液を過冷却する過冷却器を備え、
前記吸収液散布手段および前記冷媒吸収部を鉛直方向に複数個設けるとともに、前記液溜めトレイそれぞれに、前記液溜めトレイ内の液深を所定量に維持するように前記液溜めトレイ内の吸収液をオーバーフローするオーバーフロー機構を備えたことを特徴としている。

（作用・効果）
請求項１に係る発明の吸収式冷凍機の吸収器の構成によれば、液溜めトレイそれぞれにおいて、オーバーフロー機構により、所定の液深を確保して液溜めトレイの吸収液散布孔から冷媒吸収部に所定量の吸収液を液滴状に散布することができる。
すなわち、ベルヌーイの定理から証明されるトリチェリの定理に基づいて、液深ｈと液溜めトレイの吸収液散布孔から流下される吸収液の流速ｖとの間に、下記式で示されるように比例関係が成立する。
ｖ^２／（２ｇ）＝ｈ
ここで、ｇは重力加速度である。
一方、液溜めトレイの吸収液散布孔の開口面積をＡとすれば、液溜めトレイの吸収液散布孔から散布される吸収液の流量Ｑは、
Ｑ＝Ａｖとなる。
これらから、各液溜めトレイの吸収液散布孔の面積が一定に形成されていれば、液深を所定量に維持することで、液溜めトレイの吸収液散布孔から冷媒吸収部に所定量の吸収液を供給することができる。
したがって、液溜めトレイに所定量の吸収液を供給するために、オリフィスや流量調整弁を設ける場合に比べ、構成が簡単で過冷却した吸収液を供給して冷媒を吸収させるタイプの吸収器を安価に構成でき、かつ、良好に冷媒吸収部に所定量の吸収液を供給できる。

請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
横側面に蒸発器に連なって冷媒蒸気を導入する導入路を備えた吸収器本体と、前記吸収器本体内に設けられて吸収液を液滴状に散布する吸収液散布手段と、前記吸収液散布手段の下方に設けられて前記吸収液散布手段から散布される冷媒蒸気を吸収する冷媒吸収部とを備えた吸収式冷凍機の吸収器であって、
前記吸収液散布手段を、吸収液を所定の液深で溜める液溜めトレイの底面に水平方向に分散して吸収液散布孔を設けて構成するとともに、前記冷媒吸収部を、内部に冷却流体を通す伝熱管を水平方向および鉛直方向に間隔を隔てて設け、前記液溜めトレイから散布される吸収液の液膜を前記伝熱管の表面に形成させるように構成し、
前記吸収液散布手段および前記冷媒吸収部を鉛直方向に複数個設けるとともに、前記液溜めトレイそれぞれに、前記液溜めトレイ内の液深を所定量に維持するように前記液溜めトレイ内の吸収液をオーバーフローするオーバーフロー機構を備えたことを特徴としている。

（作用・効果）
請求項２に係る発明の吸収式冷凍機の吸収器の構成によれば、液溜めトレイそれぞれにおいて、オーバーフロー機構により、所定の液深を確保して液溜めトレイの吸収液散布孔から冷媒吸収部に所定量の吸収液を液滴状に散布することができる。
すなわち、ベルヌーイの定理から証明されるトリチェリの定理に基づいて、液深ｈと液溜めトレイの吸収液散布孔から流下される吸収液の流速ｖとの間に、下記式で示されるように比例関係が成立する。
ｖ ^２ ／（２ｇ）＝ｈ
ここで、ｇは重力加速度である。
一方、液溜めトレイの吸収液散布孔の開口面積をＡとすれば、液溜めトレイの吸収液散布孔から散布される吸収液の流量Ｑは、
Ｑ＝Ａｖとなる。
これらから、各液溜めトレイの吸収液散布孔の面積が一定に形成されていれば、液深を所定量に維持することで、液溜めトレイの吸収液散布孔から冷媒吸収部に所定量の吸収液を供給することができる。
したがって、液溜めトレイに所定量の吸収液を供給するために、オリフィスや流量調整弁を設ける場合に比べ、構成が簡単で冷却流体を通す伝熱管の表面に形成させた薄膜状の吸収液に冷媒を吸収させるタイプの吸収器を安価に構成でき、かつ、良好に冷媒吸収部に所定量の吸収液を供給できる。

請求項３に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１または請求項２に記載の吸収式冷凍機の吸収器において、
液溜めトレイから吸収液がオーバーフローする位置を調整して前記液溜めトレイに溜める吸収液の液深を調整可能に構成する。

（作用・効果）
請求項３に係る発明の吸収式冷凍機の吸収器の構成によれば、液溜めトレイ内の液深を調整できる。

請求項４に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１、請求項２、請求項３のいずれかに記載の吸収式冷凍機の吸収器において、
鉛直方向で隣り合う液溜めトレイ間で、オーバーフロー機構の吸収液流入端の位置が液溜めトレイの中心に対して対称になるように、前記オーバーフロー機構を設けて構成する。
ここで、「液溜めトレイの中心に対して対称になる」とは、液溜めトレイの中心に対して点対称になる場合、および、液溜めトレイの中心を通る水平方向の線に対して線対称になる場合を含む。通常の四角形で構成される液溜めトレイにおいて、例えば、ひとつの隅にオーバーフロー機構を設けた場合、点対称になる位置は対角線上の隅になり、一方、線対称になる位置は両隣の隅になる。したがって、どのような傾きに対しても液深が平均化されることを考慮すれば、点対称になるようにするのが好ましい。

（作用・効果）
請求項４に係る発明の吸収式冷凍機の吸収器の構成によれば、吸収器が微小に傾き、上下の液溜めトレイにおいて、上の液溜めトレイでオーバーフロー機構の吸収液流入端の位置がその液溜めトレイの平均液深より浅い場合に、下の液溜めトレイでは、オーバーフロー機構の吸収液流入端の位置がその液溜めトレイの平均液深より深くなり、上下の液溜めトレイ間で液溜めトレイの液深を平均化することができる。
したがって、例えば、組み付け時の微小な誤差とか、組み付け後の振動などによって吸収式冷凍機の機体が傾くなどに起因して吸収器が傾いたとしても、上下の冷媒吸収部の吸収性能の増減を相殺することができ、全体としての吸収性能の変動を抑えることができる。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明の吸収式冷凍機の吸収器の構成によれば、液溜めトレイそれぞれにおいて、オーバーフロー機構により、所定の液深を確保して液溜めトレイの吸収液散布孔から冷媒吸収部に所定量の吸収液を液滴状に散布することができる。
したがって、液溜めトレイに所定量の吸収液を供給するために、オリフィスや流量調整弁を設ける場合に比べ、構成が簡単で過冷却した吸収液を供給して冷媒を吸収させるタイプの吸収器を安価に構成でき、かつ、良好に冷媒吸収部に所定量の吸収液を供給できる。
また、請求項２に係る発明の吸収式冷凍機の吸収器の構成によれば、液溜めトレイに所定量の吸収液を供給するために、オリフィスや流量調整弁を設ける場合に比べ、構成が簡単で冷却流体を通す伝熱管の表面に形成させた薄膜状の吸収液に冷媒を吸収させるタイプの吸収器を安価に構成でき、かつ、良好に冷媒吸収部に所定量の吸収液を供給できる。

本発明に係る吸収式冷凍機の吸収器の実施例１を示す全体概略構成図である。 液溜めトレイの平面図である。 図２の一部省略Ａ−Ａ線拡大断面図である。 本発明に係る吸収式冷凍機の吸収器の実施例２を示す全体概略構成図である。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る吸収式冷凍機の実施例１を示す全体概略構成図であり、ガスエンジン（図示せず）のエンジン冷却部からの排熱（エンジン冷却水）を加熱媒体として供給する再生器１内に、低圧下でエンジン冷却水（例えば、温度85℃）によって沸騰可能な、水を冷媒とし、かつ、リチウムブロマイドを吸収剤としたリチウムブロマイド水溶液（吸収液）が収容されている。

再生器１には、吸収液から分離された冷媒蒸気を供給するように凝縮器２が第１の配管３を介して連通接続され、再生器１に第２の配管４を介して吸収器５が接続されるとともに、凝縮器２に第３の配管６を介して蒸発器７が接続され、更に、吸収器５と蒸発器７とが冷媒蒸気の導入路を形成するエリミネータ８を介して連通接続され、吸収式冷凍機が構成されている。

凝縮器２は、再生器１からの冷媒蒸気を流すフィン付きの熱交換用パイプ９と、その熱交換用パイプ９に外気を供給するファン１０と、液溜め１１とから構成され、冷媒蒸気を空冷によって凝縮液化し、その液化した冷媒液を液溜め１１に溜め、液溜め１１から蒸発器７に供給するようになっている。

蒸発器７は、散布ノズル１２を付設した冷媒液用液溜め部１３と、冷媒液用液溜め部１３から流下される冷媒液を分散させる分散板１４とから構成されている。
蒸発器７の下部と冷媒液用液溜め部１３とにわたって、冷媒ポンプ１５および冷熱取り出し用熱交換器１６を介装した循環配管１７が接続されている。
冷熱取り出し用熱交換器１６に、ガスヒートポンプ用の冷媒入口管１８と冷媒出口管１９とが接続され、吸収器５における吸収液による冷媒の吸収に伴って冷媒液を蒸発冷却し、その冷却冷媒液によってガスヒートポンプ用の冷媒を冷却するようになっている。

吸収器５は、蒸発器７と一体構成の吸収器本体２０内に、吸収液を液滴状に散布する吸収液散布手段２１が水平方向および鉛直方向それぞれに複数個備えられて構成され、かつ、吸収液散布手段２１それぞれの下方に冷媒吸収部２２が設けられている。
冷媒吸収部２２は、同一仕様のトレイ２３を鉛直方向に所定ピッチで６段設けて構成されている。
吸収液散布手段２１は、図２の液溜めトレイの平面図、および、図３の一部省略断面側面図（図２の一部省略Ａ−Ａ線拡大断面図）に示すように、吸収液を所定の液深で溜める液溜めトレイ２４の底面に水平方向に分散して吸収液散布孔２５を設けて構成されている。

液溜めトレイ２４の一具体例を示せば、次の通りである。
液溜めトレイ２４の下方に、６個のトレイ２３をピッチ３０ｍｍで設け、液溜めトレイ２４の下面（吸収液散布開始面）から下部の液溜めの液面までの高さを２６６ｍｍにした。
トレイ２３それぞれとしては、幅（冷媒蒸気の流れ方向に直交する方向の長さ）２５５ｍｍ、奥行き（冷媒蒸気の流れ方向の長さ）２３０ｍｍ、厚み１０ｍｍで、バーリング加工により、直径１．６ｍｍの吸収液散布孔を冷媒蒸気の流れ方向に直交する方向に２３ｍｍピッチ（１１列）、冷媒蒸気の流れ方向に３ｍｍピッチ（７５列）で合計８２５個形成したものを用いた。この吸収液散布孔の形態および個数については、液溜めトレイ２４の吸収液散布孔２５も同様である。図面では鉛直に示しているが、トレイ２３の冷媒蒸気導入側の側壁を、上流側ほど高くなる傾斜面に構成したものを用いた（特開２００９−６８７２３号公報参照）。液溜めトレイ２４については、側壁が鉛直で、かつ、トレイ２３の側壁よりも高いもので構成している。

各液溜めトレイ２４それぞれの隅部に、吸収液流入端位置を特定の液深にしてオーバーフローさせる状態で、オーバーフロー機構としてのオーバーフロー管２６が付設されている。
また、鉛直方向で隣り合う液溜めトレイ２４，２４間で、液溜めトレイ２４の中心を通る鉛直軸芯周りで１８０°回転させるなどにより、オーバーフロー管２６の吸収液流入端の位置が液溜めトレイ２４の中心に対して対称になるように、オーバーフロー管２６が液溜めトレイ２４に設けられている。

上記構成により、流量調整弁を設けずに、簡単な構成で液溜めトレイ２４から冷媒吸収部２２に所定量の吸収液を液滴状に散布して供給できる。
また、上の液溜めトレイ２４でオーバーフロー管２６の吸収液流入端の位置がその液溜めトレイ２４の平均液深より浅い場合に、下の液溜めトレイ２４では、オーバーフロー管２６の吸収液流入端の位置がその液溜めトレイ２４の平均液深より深くなり、上下の液溜めトレイ２４の液深を平均化することができ、吸収式冷凍機の機体が傾くなどに起因して吸収器が傾いたとしても、上下の冷媒吸収部２２の吸収性能の増減を相殺して、全体としての吸収性能の変動を抑えることができる。

各液溜めトレイ２４それぞれと吸収器５の下部とが、吸収液ポンプ２７と過冷却器２８とを介装した第４の配管２９を介して接続され、吸収液を循環しながら過冷却し、吸収液に吸収させる冷媒量を増加するようになっている。
第４の配管２９の吸収器本体２０と吸収液ポンプ２７との間の箇所と再生器１とにわたって第５の配管３０が接続され、再生器１からの吸収液濃度が高い濃吸収液を混合して吸収液散布手段２１に供給するように構成されている。

最下部のものを除いて、冷媒吸収部２２の下方箇所に、冷媒を吸収した吸収液濃度の低い希吸収液を受け留める希吸収液トレイ３１が設けられ、各希吸収液トレイ３１に回収配管３２が接続され、冷媒を吸収した吸収液濃度の低い希吸収液を吸収器本体２０の下部に流下するように構成されている。
第２の配管４に希吸収液ポンプ３３が介装され、その第２の配管４と第５の配管３０との間に熱交換器３４が設けられ、再生器１に戻す希吸収液を、再生器１から吸収器５に流す濃吸収液によって加熱するようになっている。

再生器１は、再生器本体３５内に、外面を伝熱面に形成した伝熱部材としての鉛直方向の伝熱面を有するプレート３６を水平方向に並設し、プレート３６の下部に、エンジン冷却後のエンジン冷却水をプレート３６内に供給する加熱媒体供給管３７を接続し、一方、プレート３６の上部に、吸収液との熱交換によって冷却されたエンジン冷却水をプレート３６内から取り出す加熱媒体取り出し管３８を接続して構成されている。

図４は、本発明に係る吸収式冷凍機の実施例２の全体概略構成図であり、実施例１と異なるところは、次の通りである。
すなわち、冷媒吸収部２２が、内部に冷却流体としてのクーリングタワーからの冷却水などを通す伝熱管４１を水平方向および鉛直方向に間隔を隔てて設け、液溜めトレイ２４から散布される吸収液の液膜を伝熱管４１の表面に形成させるように構成されている。
伝熱管４１には、冷却水配管４２が接続されている。

図示しないが、液溜めトレイ２４の底面に、伝熱管４１の鉛直方向上方に相当する箇所に、その長手方向に沿って所定ピッチで、伝熱管４１の表面に吸収液を散布して液膜を形成するように吸収液散布孔が設けられている。液溜めトレイ２４にオーバーフロー管２６を備える構成、ならびに、他の構成は実施例１と同じであり、同一図番を付し、その説明は省略する。

上記実施例では、オーバーフロー機構をオーバーフロー管２６で構成しているが、例えば、液溜めトレイ２４の側壁に、最下部位置が所定の液深になるように切欠きを設け、その切欠きを通じて吸収液をオーバーフローさせるように構成するものでも良い。
また、例えば、オーバーフロー管４１の吸収液流入端部分に、吸収液流入用開口を形成した筒状のネジを螺合させ、その筒状のネジを回転させることにより、吸収液流入用開口を上下させて液深を調整できるようにしても良い。同様に、切欠きを設ける場合であれば、切欠きに対して鉛直方向で傾斜した端面を備える板状部材を、液溜めトレイ２４の側壁に水平方向にスライド可能に設け、実質的に吸収液がオーバーフローする切欠きの下端位置を上下させて液深を調整できるようにしても良い。

５…吸収器
７…蒸発器
８…エリミネータ（導入路）
２０…吸収器本体
２１…吸収液散布手段
２２…冷媒吸収部
２３…トレイ
２４…液溜めトレイ
２５…吸収液散布孔
２６オーバーフロー管（オーバーフロー機構）
２８…過冷却器
４１…伝熱管

Claims (4)

1. 横側面に蒸発器に連なって冷媒蒸気を導入する導入路を備えた吸収器本体と、前記吸収器本体内に設けられて吸収液を液滴状に散布する吸収液散布手段と、前記吸収液散布手段の下方に設けられて前記吸収液散布手段から散布される冷媒蒸気を吸収する冷媒吸収部とを備えた吸収式冷凍機の吸収器であって、
   前記吸収液散布手段を、吸収液を所定の液深で溜める液溜めトレイの底面に水平方向に分散して吸収液散布孔を設けて構成するとともに、前記冷媒吸収部を、前記液溜めトレイから散布されて冷媒蒸気を吸収した吸収液の液滴を受け留めるトレイを鉛直方向に複数個設け、前記トレイに、受け留めた吸収液を分散して液滴状に散布する吸収液散布孔を水平方向に分散して形成して構成し、
   前記液溜めトレイに供給する吸収液を過冷却する過冷却器を備え、
   前記吸収液散布手段および前記冷媒吸収部を鉛直方向に複数個設けるとともに、前記液溜めトレイそれぞれに、前記液溜めトレイ内の液深を所定量に維持するように前記液溜めトレイ内の吸収液をオーバーフローするオーバーフロー機構を備えたことを特徴とする吸収式冷凍機の吸収器。
2. 横側面に蒸発器に連なって冷媒蒸気を導入する導入路を備えた吸収器本体と、前記吸収器本体内に設けられて吸収液を液滴状に散布する吸収液散布手段と、前記吸収液散布手段の下方に設けられて前記吸収液散布手段から散布される冷媒蒸気を吸収する冷媒吸収部とを備えた吸収式冷凍機の吸収器であって、
   前記吸収液散布手段を、吸収液を所定の液深で溜める液溜めトレイの底面に水平方向に分散して吸収液散布孔を設けて構成するとともに、前記冷媒吸収部を、内部に冷却流体を通す伝熱管を水平方向および鉛直方向に間隔を隔てて設け、前記液溜めトレイから散布される吸収液の液膜を前記伝熱管の表面に形成させるように構成し、
   前記吸収液散布手段および前記冷媒吸収部を鉛直方向に複数個設けるとともに、前記液溜めトレイそれぞれに、前記液溜めトレイ内の液深を所定量に維持するように前記液溜めトレイ内の吸収液をオーバーフローするオーバーフロー機構を備えたことを特徴とする吸収式冷凍機の吸収器。
3. 請求項１または請求項２に記載の吸収式冷凍機の吸収器において、
   液溜めトレイから吸収液がオーバーフローする位置を調整して前記液溜めトレイに溜める吸収液の液深を調整可能に構成してある吸収式冷凍機の吸収器。
4. 請求項１、請求項２、請求項３のいずれかに記載の吸収式冷凍機の吸収器において、
   鉛直方向で隣り合う液溜めトレイ間で、オーバーフロー機構の吸収液流入端の位置が液溜めトレイの中心に対して対称になるように、前記オーバーフロー機構を設けている吸収式冷凍機の吸収器。

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